Загрузил Маргарита Пиличева

лаба Кинетика разложения мурексида в кислой среде

реклама
Лабораторная работа № 2
Кинетика разложения мурексида в кислой среде
Грибовская Варвара и Пиличева Маргарита 3 курс 8 группа
Цель: определение порядка реакции по мурексиду и катализатору
(кислоте) и составление дифференциального кинетического уравнения
реакции по результатам опытов, определение константы диссоциации
слабой кислоты путем кинетических измерений.
Оборудование и реактивы: фотоэлектроколориметр ФЭК-564,
колбы на 50 мл, пипетки на 2, 10 мл; кювета (L=1 cм), раствор
мурексида, 0,1 н раствор AcOH, 0,005 н раствор HCl и 0,002 н раствор
HCl
1. Микроамперметр.
2. Крышка кюветного отделения.
3. Ручка ”установка 100 грубо”.
4. Ручка установки чувствительности прибора.
5. Ручка перестановки кювет.
6. Ручка установки светофильтра.
7. Источник света.
Теория работы:
М + H2O + H+ → P
окраш
бесцв
1
1
𝑣 = 𝐾𝐼𝐼𝐼 𝑐𝑀 𝑐𝐻2 𝑂 𝑐𝐻 + = 𝐾𝐼𝐼 𝑐𝑀 𝑐𝐻 + = 𝐾𝐼 𝑐𝑀
𝐾𝐼 = 𝐾𝐼𝐼 𝑐𝐻𝑛+
Используемые формулы
1
𝐷0
𝑡
𝐷
К𝐼 = 𝑙𝑛
=
2,303
𝑡
𝑙𝑔
𝐷0
𝐷
,
(1)
где t – время протекания реакции,
D0 – оптическая плотность смеси при t=0,
D – оптическая плотность в момент времени t.
KI ср= −2,3* tgα,
(2)
где KI ср – среднее значение константы скорости, с−𝟏;
tgα – тангенс угла наклона прямой.
KI ср=−2,3 tgα; (2)
𝛼 2 ∗С
𝐾дис = (1−𝛼)∗2
где 𝛼 – степень диссоциации;
С – концентрация слабой кислоты, моль/л;
𝐾дис – константа диссоциации слабой кислоты, моль/л.
𝐾𝐼 - константа скорости реакции первого порядка, с-1;
𝐾𝐼𝐼 - константа скорости реакции второго порядка, л/моль*с;
𝐾𝐼𝐼𝐼 - константа скорости реакции первого порядка, л2/моль2*с;
[𝐻 + ] - концентрация ионов водорода (концентрация HCl), моль/л;
[𝑀] - концентрация мурексида, моль/л.
Ход работы
1. В колбу ёмкостью 50 мл пипеткой отбирали 5 мл раствора
мурексида и 5 мл раствора кислоты (0,1 н AcOH, или 0,005 н HCl, или
0,002 н HCl). Затем проводились измерения оптической плотности
раствора через каждые 2 минуты.
2. Было получено значение D0 экстраполяцией функции lg D к
нулевому времени (t=0).
Результаты измерений
Таблица 1. Результаты измерений с 0,005 н раствора HСl. (KI
рассчитана по формуле 1)
t, c
125
241
360
480
600
720
840
960
D
0,66
0,52
0,395
0,30
0,22
0,16
0,12
0,08
lgD
-0,18046
-0,284
-0,4034
-0,52288
-0,65758
-0,79588
-0,92082
-1,09691
KI*104
29,56
25,23
24,53
24,13
24,47
24,82
24,70
25,83
К𝐼 вычислялась по формуле (1)
К𝐼 ср = 25,41 ∗ 10−4 с -1
Рисунок 1. График зависимости десятичного логарифма
оптической плотности D от времени для 0,005 н раствора НCl).
0
0
200
400
600
800
1000
1200t, c
-0,2
lgD
-0,4
-0,6
-0,8
-1
y = -0,0011x - 0,0199
R² = 0,9964
-1,2
t, c
Вычисление D0 по графику 1:
при x=0, lgD0 = -0,0199, тогда D0=0,955
2 способ определения КI ср (по графику 1):
tgɑ = - 0.0011, значит КI ср = - 2,303 *(-0,0011) = 25,53*10-4 с -1.
Таблица 2. Результаты измерений с 0,002 н раствора HСl. (KI
рассчитана по формуле 1)
t, c
170
376
493
616
720
845
960
1080
D
0,76
0,65
0,60
0,54
0,50
0,45
0,41
0,37
lgD
-0,11919
-0,18709
-0,22185
-0,26761
-0,30103
-0,34679
-0,38722
-0,4318
KI*104
8,45
7,98
7,71
7,88
7,81
7,90
7,93
8,00
KI вычислялась по формуле (1)
KIср = 7,96*10-4
Рисунок 2. График зависимости десятичного
оптической плотности D от времени (0,002 н раствора НCl).
логарифма
0
-0,05
0
200
400
600
800
1000
1200
t, c
-0,1
-0,15
lgD
-0,2
-0,25
-0,3
-0,35
-0,4
y = -0,0003x - 0,0568
R² = 0,9992
-0,45
-0,5
t, c
Вычисление D0 по графику 2:
при x=0, lgD0= -0,0568, тогда D0 = 0,877
2 способ определения КI ср (по графику 2):
tgɑ = - 0.0003, значит КI ср = -2,303*(-3*10-4) = 6,91 * 10-4 с -1.
Таблица 3. Результаты измерений с 0,1 н раствора AcOH. (KI
рассчитана по формуле 1)
t, c
120
259
360
483
600
722
842
960
D
0,75
0,68
0,63
0,56
0,51
0,46
0,42
0,357
lgD
-0,12494
-0,16749
-0,20066
-0,25181
-0,29243
-0,33724
-0,37675
-0,44733
KI*104
10,43
8,62
8,32
8,64
8,52
8,51
8,37
9,03
KIср = 8,8*10-4
Рисунок 3. График зависимости десятичного логарифма
оптической плотности D от времени для 0,01н раствора AcOH.
0
-0,05
0
200
400
600
800
1000
1200
-0,1
-0,15
lgD
-0,2
-0,25
-0,3
-0,35
-0,4
y = -0,0004x - 0,0709
R² = 0,994
-0,45
-0,5
t, c
Вычисление D0 по графику 3:
при x=0, lg D0 = -0,0709, тогда D0= 0,850
2 способ определения КI ср (по графику 3):
y = -0,0004x - 0,0709
tgɑ = -0.0004, значит КI ср = - 2,303*(-4*10-4) = 9,12* 10-4 с -1.
Расчёты
1. Вычисление степени диссоциации уксусной кислоты
Ка= 1,75*10-5
𝛼2𝑐
Уравнение Оствальда: 𝐾𝑎 =
, Ка(AcOH) = 1,75*10-5, с =
1−𝛼
Отсюда 𝛼 = 0,0185
с(H+) = 0,05*0,0185 = 9,25*10-4
2. Определение порядка реакции по кислоте
𝐾𝐼 = 𝐾𝐼𝐼 𝑐𝐻𝑛+
с(H+), М
0,005
0,001
0,001
𝐾𝐼 ∗ 104
25,41
7,96
8,8
𝐾𝐼 𝟎,𝟎𝟎𝟐𝟓
Кср= 8,38
𝐾𝐼𝐼 𝒄𝐻 +,0,0025 𝒏
(
)
𝐾𝐼 𝟎,𝟎𝟎𝟏
𝐾𝐼𝐼 𝒄𝐻 +,0,001
𝟎, 𝟎𝟎𝟐𝟓
𝟐𝟓, 𝟒𝟏 𝒏
=(
)
𝟎, 𝟎𝟎𝟏
𝟖, 𝟑𝟖
=
n = 0,834
3. Вычисление погрешностей
Стандартное отклонение S рассчитывается по формуле:
0,1
2
М
S=√
2
∑n
i=1(<w>−wi )
n−1
,
где n — число параллельных измерений.
Коэффициент
Стьюдента
𝑡p = 2,31
вероятности 0,95 и при n=8.
(±∆) =
tp ∙S
√n
при
доверительной
, (масс. %)
 Для 0,005 н HCl
S = 1,74 ∙ 10−4
±∆ =
2.31·1,74∙10−4
√8
= 1,42 ∙ 10−4
∆ ∙ 100 1,42 ∙ 10−4 · 100
=
= 5,59%
<𝑤>
25,41 ∙ 10−4
 Для 0,002 н HCl
S = 2,20 ∙ 10−5
±∆ =
2.31·2,20∙10−5
√8
= 1,79 ∙ 10−5
∆ ∙ 100 1,79 ∙ 10−5 · 100
=
= 2,25%
<𝑤>
7,96 ∙ 10−4
 Для 0,1 н AcOH
S = 6,91 ∙ 10−5
±∆ =
2.31·6,91∙10−5
√8
= 5,64 ∙ 10−5
∆ ∙ 100 5,64 ∙ 10−5 · 100
=
= 6,41%
<𝑤>
8,81 ∙ 10−4
Вывод. В ходе данной лабораторной работы было изучено
влияние концентрации кислоты, а именно, ионов водорода на скорость
разложения мурексида. А также были построены графики зависимости
логарифма оптической плотности от времени протекания реакции. Из
экспериментальных данных можно заметить, что чем больше
концентрация кислоты, тем быстрее скорость реакции разложения
мурексида. С течением времени оптическая плотность раствора
уменьшается, т.к. мурексид разлагается. Согласно расчётам, константа
скорости реакции первого порядка равна (25,41 ∗ 10−4 ± 1,42 ∙ 10−4 ) с -1
для 0,005 н HСl, (7,96*10-4± 1,79 ∙ 10−5 ) с -1 для 0,002 н HСl и (8,8*10-4±
5,64 ∙ 10−5 ) с -1 для 0,1 н уксусной кислоты. Вычисление порядка
реакции дало значение 0,834, что скорее всего означает первый порядок.
Скачать